2.3　新型VFD显示技术

根据应用需求，VFD形成了很多特殊的新型显示技术，以各自不同的性能特点满足不同的使用要求。

2.3.1　驱动内置VFD显示技术

随着显示信息量的增加，VFD的阳极和栅极引线大幅增多。为了减少引线并降低VFD体积，开发了把驱动芯片封装于玻璃壳内的VFD（Chip in Glass VFD，CIG VFD）技术，把驱动芯片封装于真空腔外阳极基板上的VFD（Chip on Glass VFD，COG VFD）技术，以及把驱动芯片用作阳极的有源矩阵VFD（Active Matrix VFD，AMVFD）技术。使用驱动内置VFD，需要特别注意静电问题。

1．CIG VFD显示技术

CIG VFD的驱动芯片封装在VFD内的阴极支架下面，固定在阳极基板上，通过内部配线与各个阳极相连（动态驱动时还与栅极相连），如图2-16所示。CIG VFD不需要在PCB上设计驱动芯片及布线，引脚少，使用方便。由于驱动芯片封装在真空环境中，CIG VFD的可靠性和抗干扰性得到增强，还有利于提高亮度、降低功耗。对于CIG VFD，驱动芯片是在完成显示屏制程工艺后压接在阳极基板上的，免除了显示屏制程工艺中的多次高温烘烤，但阳极基板要比真空腔长，即显示屏更长。

CIG VFD用于静态驱动时，内部驱动芯片只驱动阳极，栅极电压直接由外部电源提供。如图2-17所示，栅极电压直接由引脚引入，众多阳极的电压由内置驱动电路提供。虽然静态驱动所需的输入/输出（I/O）端口众多，但字段图案设计自由，不需要栅极分区，10V左右的低压驱动就能获得高亮度显示。

CIG VFD用于动态扫描驱动时，阳极和栅极可以用同一驱动芯片混合驱动，即栅极、阳极混合交错驱动方式，也可以分别用多个驱动芯片驱动，即栅极、阳极独立驱动。如图2-18（a）所示，混合交错驱动方式可以减少I/O端口数，降低成本。但是，时序控制更加复杂，适用于字段数少的VFD显示。如图2-18（b）所示，独立驱动方式的I/O端口数相对较多，但时序控制简单，适用于字段数多的VFD显示。

图2-19列举了几款CIG VFD产品。在5×7点控制器内置的CIG VFD中，用户自定义的字符RAM内置，在数据变更前显示内容一直存在。设定部分亮度灰阶，可以提升鲜明度，也可以调节字符的色彩。在16灰阶显示功能内置的CIG VFD中，通过不同灰阶显示，可以提升VFD的显示能力，实现多彩显示。对于全点阵控制器内置类型，通过简单的命令，可以把数据写入显示RAM，在没有通过自动显示功能进行数据变更前，显示图像一直存在。这种技术不需要栅极扫描控制，减轻了软件控制的负荷。还有把高亮度、高精细化、多彩显示等技术都集成在一起的全集成VFD（Fully Integrated VFD，FIVFD），像素节距在0.4mm以下，可以自定义固定显示、图形显示等显示效果。

2．AMVFD显示技术

相邻栅极之间的相互影响，使依靠栅极和阳极选址的方式很难实现高分辨率显示，特别是高分辨率的彩色显示。为了缩小甚至消除驱动芯片排列的间距，同时增加显示面积，开发了AMVFD。AMVFD的具体结构是在内建阳极驱动电路的表面涂敷荧光粉，将驱动芯片当作阳极驱动内建存储器的静态矩阵，进行复杂的矩阵画面显示。AMVFD可以进行全点阵显示和能见度高的绿色显示，如高亮度发光的HUD。

如图2-20所示，由于硅基芯片的尺寸不可能很大（如5mm×5mm），为了实现大尺寸显示，AMVFD的阳极基板上平铺有许多硅基芯片，每个硅基芯片上分布着大量荧光粉图案（如16×16点矩阵）。通过控制荧光粉下方场效应三极管的开通时间，可以调节发光亮度，实现带灰度的图像显示。由于AMVFD长边要引出引脚，短边只能设计2块硅基芯片，以便留有足够的空间用于引脚引线的焊接。与一般的CIG VFD相比，AMVFD的引脚数更少，封装更方便。有源驱动技术只要一个栅极就能获得高分辨率的图形显示，不像其他VFD在显示图形时需要复杂的多重栅极结构。为了获得更大的点矩阵，可以用多个硅片拼接成大矩阵。

对于驱动16×16（256bit）点矩阵的硅基芯片，锁存器和移位寄存器等电路的工作原理与普通的分立VFD驱动芯片类似，具体如图2-21所示。当驱动芯片形成一个大的图形阵列时，每个芯片的串行数据输出被馈送到下一颗芯片的串行输入，因此可以视为一个大的移位寄存器和驱动电路。一旦数据被加载到移位寄存器，就可以保持不变，直到显示屏上的图像发生改变。这就可以用简单的CPU控制AMVFD显示。AMVFD的电源信息与一般CIG VFD的电源信息相似。灯丝电压Ef如果超规格会影响AMVFD的使用寿命。灯丝变压器通常供有一个中心抽头，偏压保持在0.6V左右，过高的偏差可能会导致光照不均匀。逻辑电源端子VDD1和GND之间应该有一个0.01～0.22μF的噪声滤波电容，防止误操作。栅极和阳极的电源电压一般为12～15V，通过限流电阻直接应用到GND和VDD2，防止浪涌电流造成误操作。VDD2和GND之间不能接电容，否则会造成电阻报废。调整VDD2的值虽然可以改变显示器的亮度，但最好在使能输入端通过脉冲宽度控制来防止低亮度时的不均匀发光。

2.3.2　立体VFD显示技术

立体VFD显示技术可以显示具有立体感的画面，包括双面显示VFD（Bi-Planar VFD，BPVFD）、透视型VFD和双光VFD（BOB VFD）。这些器件的共同点是具有两层以上的发光层，可以显示的信息量是传统VFD的两倍。

1．BPVFD显示技术

传统VFD是在阴极一方观看（观视面为前玻璃盖板），电子轰击位于底部阳极基板上的荧光粉后，发出的光从栅极和阴极间穿过，再从前玻璃盖板透出。BPVFD显示技术组合了传统直视型VFD和前面显示VFD（Front Luminous VFD，FLVFD）。

观视面为阳极基板的FLVFD，阳极由透明导电膜或开口率很高的Al金属薄膜网格构成，并在上面涂敷5～10μm的超薄荧光粉，使荧光粉和阳极都有较好的透明度和导电性能。电子轰击荧光粉后，发出的光透过荧光粉层和阳极层，直接从阳极基板透出。对于阴极、栅极和吸气剂等没有覆盖荧光粉的区域可以用不透明的涂层覆盖，使显示面整洁美观。FLVFD的优点是看不到灯丝和栅极，不像传统VFD那样在发光区域有一定深度的内凹，影响视角。图2-22给出了FLVFD和传统VFD在观视方向上的视角比较。可以在荧光粉和阳极基板之间印上彩色滤光膜，用于提高反差或改善色调，而不受视角的影响。FLVFD也称为透射型VFD、前发光型VFD等。

如图2-23所示，BPVFD显示技术是在传统VFD的盖板玻璃上蒸镀阳极，并印上荧光粉，在阴极和盖板玻璃之间架上第二层栅极，形成两个发光面、两个栅极和一组阴极的双面发光VFD。可以在不改变显示面积的情况下，实现两层显示，增加一倍的信息量，并可呈现具有立体感的显示效果。在设计时，透射部分显示细腻的线条，尽可能少地遮挡来自底板上的显示内容，而底板上的正常显示部分显示粗犷的背景。

2．透视型VFD

去除黑色的绝缘层，使VFD的背面可以透视。在背面组合一个背光源，点亮后就能获得一个明亮的背景。在背面贴一层图片，就可以获得一个特殊的背景。如图2-24所示，VFD管内的显示图像和背面的图像分层显示，可以获得较好的立体感显示。与传统VFD相比，显示的信息量增加。如果不在VFD背面贴图片或组装背光源，可以清晰地看到VFD的内部结构，作为人机界面还能确认机器内部的工作状态。

3．双光VFD（BOB VFD）

在基板上印上用于背面光源的荧光粉，在观看侧玻璃上印上用于显示图案的荧光粉，使其同时发光，实现LCD＋LED显示的VFD称为BOB VFD。BOB VFD的前发光面可以实现多彩图案，亮度高、视角宽。底发光面可以进行符合客户需求的背光源设计，做一些在LCD里不能实现的设计。如图2-25所示，BOB VFD背光的光源也采用VFD荧光粉，可以获得多样的背光图案和背光颜色，并易于设计。标志BOB可以实现背光的图案化显示。BOB VFD比LCD＋LED背光单价低，特别是蓝色背光。